未來美國每一條河流可能都會有像是紐約州New Hamburg境內(nèi)的哈德遜河(Hudson River)最近才布署的傳感器數(shù)組進行監(jiān)測──如果克拉克森大學(xué)(Clarkson University)的河流暨出海口信標(biāo)研究所(Beacon Institute for Rivers and Estuaries)正在進行的研究一切順利。
該研究所的目標(biāo)是通過布署在河流與出海口、用以集中監(jiān)控的低成本傳感器數(shù)組，取得實時性的環(huán)境科學(xué)資料；主任研究員James Bonner表示，通過量測濁度(turbidity，粒子負(fù)荷)、鹽度(salinity，傳導(dǎo)性)、葉綠素(chlorophyll)以及有色分解有機物(colored dissolved organic matter)，河流傳感器能追蹤生物與化學(xué)污染物的動態(tài)、魚類的洄游，以及河流生態(tài)系統(tǒng)的整體功能。
Bonner指出，今日的河流水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)價格太高昂，在大量布署上有困難，而河流暨出海口信標(biāo)研究所正在打造的河流與海口觀測網(wǎng)絡(luò)(River and Estuary Observatory Network，REON)傳感器，成本僅是現(xiàn)有系統(tǒng)的二十分之一，任何一條河流都可輕松布署；這種廉價的河流監(jiān)測方案，能在幾乎所有區(qū)域進行策略性的布署并透過無線網(wǎng)絡(luò)全天候、全年無休監(jiān)測。
“市面上可量測PH值、連結(jié)性(connectivity)以及分解氧(dissolved oxygen)的電化學(xué)裝置價格約1萬至1萬2,000美元；而可量測葉綠素與有色分解有機物的光學(xué)系統(tǒng)價格也差不多；”Bonner表示：“REON Sonde傳感器數(shù)組在一臺裝置中結(jié)合上述兩種裝置所有的參數(shù)，而且每臺成本約僅1,200美元。”
Bonner進一步指出，Sonde傳感器數(shù)組是透過利用PVC等隨處可見的、具成本效益的材料，以及重新配備現(xiàn)有的技術(shù)，顛覆了水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的成本曲線，并為該類感測裝置的廣泛布署開啟了關(guān)鍵之門。REON Sonde也具備比傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)更容易維護的優(yōu)勢，只需幾分鐘就能進行布署設(shè)定，而傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)往往要花上幾小時。
REON Sonde河流監(jiān)測系統(tǒng)的成本是傳統(tǒng)方案的二十分之一，而且能全天候、全年無休透過無線方式進行量測數(shù)據(jù)的傳輸
“REON Sonde在日常維護上的簡易性以及即插即用特性，將在節(jié)省成本方面產(chǎn)生很大的影響；”Bonner表示：“這就有點像是替換噴墨打印機的墨盒，Sonde裝置的安裝替換只需要10分鐘就能完成，可大幅節(jié)省像是REON這類大規(guī)模監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的營運與維護成本。”
根據(jù)Bonner表示，Sonde系統(tǒng)與一根很長的金屬桿末端連結(jié)，該金屬桿被固定在河岸或是堤岸上；維護人員只要將金屬桿解鎖拆卸，就能進行維修或是Sonde的更換；而10分鐘之后，該裝置就能重新安裝回水中、計算機也完成設(shè)定，整套系統(tǒng)又恢復(fù)運作。
除了取得河川水質(zhì)量測指標(biāo)，該套中央監(jiān)測系統(tǒng)也能透過算法來推斷河流的整體健康狀況，以及河流生態(tài)系統(tǒng)的詳細(xì)功能；Bonner表示：“通過分析所收集的數(shù)據(jù)，能讓我們得知生物/化學(xué)污染物動態(tài)、魚類洄游以及整個河流生態(tài)系功能的狀況。”
該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送是以每小時為單位，布署據(jù)點的小型服務(wù)器會將信息打包并透過蜂窩式
調(diào)制解調(diào)器傳送至中央監(jiān)控站。目前在紐約州New Hamburg 區(qū)域的哈德遜河以及圣勞倫斯河(St. Lawrence)沿岸，總共布署了37套REON裝置，包括REON II (也就是Sonde系統(tǒng))。
這些傳感器進行24小時實時監(jiān)控，每隔一小時會回報數(shù)據(jù)，讓REON網(wǎng)絡(luò)能看到生物或化學(xué)污染物的動態(tài)，甚至追蹤其源頭，如此將有助于提升公共衛(wèi)生并減輕對國土安全的憂慮。而研究人員的終極目標(biāo)是能監(jiān)測所有主要河流，并將他們的工作視為“環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型”。
